JPH0628476A

JPH0628476A - 画像信号の処理装置

Info

Publication number: JPH0628476A
Application number: JP4181403A
Authority: JP
Inventors: Kenji Okajima; 健治岡島
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1992-07-09
Filing date: 1992-07-09
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】拡大縮小、回転、位置ずれに対して強く、ま
た背景ノイズの重畳に対しても強いパタン認識のための
画像処理方法を提供する。【構成】入力画像に対して前処理を行った後、変換部
１４によりフーリエ・メラン変換などの変換を施し、像
を拡大縮小、回転、位置ずれに対して不変なパタンへと
変換する。このような変換を施したパタンをマッチング
部１５が標準パタンと比較し、候補パタンを決める。逆
変換部１６が候補パタンに対して変換部による変換の逆
変換処理を行い、フィードバック像を計算する。イメー
ジメモリ部１３はフィードバック像に基づいて入力像か
ら背景ノイズの除去を行う。これらの処理の繰り返しに
よりパタン判定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パタン認識のための画
像処理を行う画像信号の処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＯＣＲ等のパタン認識のための画
像処理を行う装置の認識方式は、大別してアナログ的マ
ッチング法（テンプレートマッチング法）と構造解析法
とに分けることができる。前者は標準パタンと未知パタ
ンとの重ね合わせによってパタンを認識する方式であ
り、汎用性にすぐれ、特に、活字の読み取りには有利で
あるとされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしこの従来の方式
には、パターンに拡大縮小や回転などの変形があった
り、位置ずれがあったりすると標準パタンとの重なりあ
いが少なくなり、正しく認識されないという欠点があっ
た。“ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ，１９７６，ｖｏ
ｌ．１５”に掲載のＤ．Ｃａｓａｓｅｎｔらによる文献
“Ｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｒｏｔａｔｉｏｎ，ａｎｄｓｃ
ａｌｅｉｎｖａｒｉａｎｔｏｐｔｉｃａｌｃｏｒ
ｒｅｌａｔｉｏｎ”には、光学的な方法によりパタンの
フーリエ・メラン変換（Ｆｏｕｒｉｅｒ−Ｍｅｌｌｉｎ
ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行った上でパタンマッチング
を行う方法が記載されている。この方法は、パタンのフ
ーリエ変換の振幅がもとのパタンの位置をずらしても不
変であること、また、バタンの拡張されたメラン変換の
振幅は、もとのパタンを拡大縮小あるいは回転しても不
変であることを利用したもので、もとのパタンを、位置
ずれ、拡大縮小、回転などに対して不変なパタンに変換
しておいてから、標準パタンとのマッチングを行うもの
であり、変形や位置ずれに対して強い方式である。しか
しながら、この方式では、掲示されるパタンに背景ノイ
ズが重畳している場合、マッチングが著しく悪化すると
いう難点があった。

【０００４】本発明の目的は、このような従来の欠点を
取り除き、拡大縮小、回転、位置ずれに対して強く、ま
た同時に背景ノイズの重畳に対しても強いパタン認識の
ための画像信号の処理装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、入力画像
に対してフーリエ・メラン変換を施し、像を位置ずれ、
拡大縮小、回転操作に対して不変なパタンに変換する第
１の変換部と、第１の変換部より得られたパタンを標準
パタンと比較して候補パタンを決めるマッチング部と、
候補パタンに対して第１の変換部による変換の逆変換を
施してフィードバック像を計算する第１の逆変換部と、
フィードバック像に基づいて入力像からパタンに無関係
の背景ノイズを除去するイメージメモリとを備え、ルー
プ処理の繰り返しによりパタン判定を行うことを特徴と
している。

【０００６】また、第２の発明は、入力画像を小領域に
分割して多段の階層的なフーリエ変換を施し、像のフー
リエ変換の振幅を求める処理によって像を位置ずれに対
して不変なパタンに変換する第２の変換部と、第２の変
換部より得られたパタンに対して拡張されたメラン変換
を施して拡大縮小、回転操作に対しても不変なパタンに
変換する第３の変換部と、第３の変換部より得られたパ
タンを標準パタンと比較して候補パタンを決めるマッチ
ング部と、マッチング部で決まった候補パタンおよび第
３の変換部からのデータにより第３の変換部の逆変換を
計算する第２逆変換部と、第２の逆変換部からのデータ
と第２の変換部からのデータによりフィードバック像を
計算する第３の逆変換部と、フィードバック像に基づい
て入力像からパタンに無関係の背景ノイズを除去するイ
メージメモリとを備え、ループ処理の繰り返しによりパ
タン判定を行うことを特徴としている。

【０００７】さらに、第３の発明は、入力画像に複素対
数変換で表される座標変換を施す第４の変換部と、第４
の変換部より得られたパタンを小領域に分割して多段の
階層的なフーリエ変換を施し、像のフーリエ変換の振幅
を求める処理によって像を小さい位置ずれ、拡大縮小、
回転操作に対して不変なパタンに変換する第５の変換部
と、第５の変換部より得られたパタンを標準パタンと比
較して候補パタンを決めるマッチング部と、候補パタン
に対して前記多段の階層的なフーリエ変換とフーリエ変
換の振幅計算の逆変換を施してフィードバック像を計算
する第４の逆変換部と、フィードバック像に基づいて入
力像からパタンに無関係の背景ノイズを除去するイメー
ジメモリとを備え、ループ処理の繰り返しによりパタン
判定を行うことを特徴としている。

【０００８】

【作用】第１の発明では、入力画像に対してフーリエ変
換が施され、その振幅が計算される。よく知られている
ように、像のフーリエ変換の振幅は像の位置をずらして
も不変であるから、これにより位置不変なパタンが得ら
れる。この時、もとの像をａ倍拡大するとそのフーリエ
変換の振幅のパタンは１／ａに縮小し、もとの像を回転
するとフーリエ変換のパタンも同じ角度だけ回転するこ
ともよく知られている。そこで、次にこのパタンを新座
標で表わし、縦軸にその偏角、横軸に対数目盛りで動径
をとって表示する。このようにして表したパタンは、も
とのパタンを回転させると縦軸方向に平行移動するし、
また、もとのパタンを拡大あるいは縮小すると横軸方向
に平行移動することがわかる。そこで、このパタンに対
して再度フーリエ変換を行い、その振幅を計算すると拡
張されたメラン変換が得られ、Ｄ．Ｃａｓａｓｅｎｔら
が指摘したように、それはもとのパタンの回転あるいは
拡大縮小に対しても不変なものになる。

【０００９】次に、ここまでの処理と同様の処理をあら
かじめ施しておいた標準パタンとのテンプレートマッチ
ングを行う。この処理により、提示されたパタンが標準
パタンに対し位置がずれていたり、拡大縮小あるいは回
転していても正しく認識することはできるが、一般的に
は提示パタンには対象としているパタン以外にも背景ノ
イズが重畳しているので、これだけの処理で精度のよい
認識をすることは困難である。そこで、上述のテンプレ
ートマッチングにより得られる類似度があらかじめ設定
しておいたしきい値よりも小さい場合には判定を保留
し、類似度の比較的高い標準パタンを候補パタンとす
る。この候補パタンに基づいて上述の処理を逆にたどっ
ていき、フィードバック像を計算して入力像をこのフィ
ードバック像に基づいて修正する。候補パタンが正しい
パタンであった場合には、フィードバック像により、対
象とするべきパタンの部分と、パタンとは関係のない背
景ノイズの部分とを決めることができるから、これによ
りもともとの入力像中の背景ノイズの部分を抑制するこ
とができる。このような修正により背景ノイズを抑制し
た上で、再び順方向の変換処理とテンプレートマッチン
グを繰り返す。このようにして、候補パタンが正しいパ
タンであった場合には、フィードバック処理により背景
ノイズが抑制されるので、２回目のテンプレートマッチ
ングの結果は大幅に改善し、以上のようなループ処理を
数回繰り返せばマッチングはほぼ完ぺきになって、背景
ノイズがある場合にも精度の高いパタン判定が可能にな
る。

【００１０】次に、第２の発明では、第１の発明におけ
る最初の処理であるフーリエ変換の振幅計算処理を次の
ように多段に分割された処理に置き換える。すなわち、
入力像全体のフーリエ変換を一度に計算するかわりに、
入力像を多数の小領域に分割し、まず、各小領域ごとに
像のフーリエ変換とその振幅を計算する。これにより像
中の多数の位置において、ローカルなフーリエ変換の振
幅が得られるが、次にこれを新たにパタンと見なして、
再び位置変数に関するフーリエ変換を行い、その振幅を
計算する。このような処理によって得られるパタンは近
似的に、もとの像についてのフーリエ変換の振幅と同じ
性質を持つので、この処理に第１の発明における残りの
処理をつけ加えることにより、位置ずれ、拡大縮小、回
転に対して強く、同時に背景ノイズの重畳に対しても強
いパタン認識処理が可能になる。

【００１１】次に、第３の発明では、まず、入力像を複
素対数変換を施した座標軸で表現する。よく知られてい
るように、この処理により得られるパタンは、もとの像
を拡大縮小あるいは回転すると近似的に平行移動する。
次に、このパタンを多数の小領域に分割し、まず、各小
領域ごとに像のフーリエ変換とその振幅を計算する。こ
こで、もとの像の位置をずらすと、各小領域の中の像も
移動するが、もしも各小領域での位置ずれの大きさが小
領域の大きさよりも小さければ、フーリエ変換の振幅の
位置ずれに対する不変性により、このような処理により
得られるパタンは近似的に不変である。次に、このよう
にして得られた、多数の位置におけるローカルなフーリ
エ変換の振幅を新たにパタンとみなして、再び位置変数
に関するフーリエ変換を行い、その振幅を計算する。こ
のような処理によって得られるパタンは近似的に、複素
対数変換を施した座標軸で表現された入力像についての
フーリエ変換の振幅と同じ性質を持つので、この座標軸
上でパタンを平行移動しても、すなわちもとの入力像を
拡大縮小、あるいは回転させても近似的に不変である。
従って以上の処理により、小さな位置ずれ、および拡大
縮小変換、回転に対してほぼ不変のパタンが得られる。

【００１２】次に、ここまでの処理と同様の処理をあら
かじめ施しておいた標準パタンとのテンプレートマッチ
ングを行う。第１の発明と同様に、掲示パタンに背景ノ
イズが重畳している場合には、これだけの処理では精度
のよい認識をすることは困難である。そこで、第１の発
明と同様に、類似度があらかじめ設定しておいたしきい
値よりも小さい場合には、類似度の比較的高い標準パタ
ンを候補パタンとしてフィードバックし、この候補パタ
ンに基づいて上述の処理を逆にたどっていき、フィード
バック像を計算して入力像をこのフィードバック像に基
づいて修正する。このような修正を施した上で、再び順
方向の変換処理とテンプレートマッチングを繰り返す。
第１の発明と同様に、以上のようなループ処理を数回繰
り返せばマッチングはほぼ完ぺきになって、背景ノイズ
がある場合にも精度の高い、また位置ずれ、拡大縮小、
回転に対しても強いパタン判定が可能になる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１４】図１は、第１の発明の一実施例を示す構成
図である。図１に示す実施例は、イメージスキャナーも
しくはテレビカメラなどを利用する画像入力部１１と、
データをディジタル化したりエッジ強調などの必要な前
処理をする前処理部１２と、ディジタルデータを格納す
るイメージメモリ１３と、イメージメモリ１３から読み
だした画像データに対してフーリエ変換、拡張されたメ
ラン変換を行って位置ずれ、回転、拡大縮小変化に対し
て不変なパタンに入力を変換する変換部１４と、変換部
１４の出力と標準パタンとのテンプレートマッチングを
行ってパタン判定、候補パタンの決定を行うマッチング
部１５と、マッチング部１５で決まった候補パタンおよ
び変換部１４のデータからフィードバック像を計算する
逆変換部１６とを備えている。

【００１５】次に、第１の発明の実施例の動作について
説明する。画像入力部１１から入力された画像情報は、
前処理部１２でＡ／Ｄ変換処理を受け、ディジタル化さ
れ、メモリに格納される。後の認識処理に便利なよう
に、必要に応じてこの部分において像中のエッジ部の強
調などの前処理を行っておいてもよい。次に、この処理
結果はイメージメモリ１３に送られ、変換部１４がイメ
ージメモリ１３中のパタンに対して、そのフーリエ変
換、Ｆ（Ｋｘ，Ｋｙ）とその振幅Ｐ（Ｋｘ，Ｋｙ）を計
算する。以上の処理をかりに変換Ａと呼ぶことにする。
こうして得られる振幅は、よく知られているように入力
像を平行移動しても不変である。計算の都合によっては
振幅の代わりにその２乗であるパワーを計算してもかま
わない。フーリエ変換の位相は後の処理で使うので、変
換部１４内のメモリに格納しておく。

【００１６】次に、変換部１４はフーリエ変換の振幅を
極座標表示に変換し、縦軸にその偏角、横軸に対数目盛
りで動径をとって表示する。数式であらわすと

【数１】ｒｃｏｓθ＝Ｋｘｓ＝ｌｏｇ（１＋ｒ／ｒ
ｃ）ｒｓｉｎθ＝Ｋｙで表される座標変換（Ｋｘ，Ｋｙ）→（ｓ，θ）を計算
し、ｓ−θ軸のパタンへとフーリエ変換の振幅のパタン
を変換する。ここでｒｃは、ｒ＝０で対数関数が発散す
ることを防ぐための正の定数である。

【００１７】こうして得られたパタンＰ（ｓ，θ）は、
もとのパタンを回転させるとθ軸方向に平行移動する
し、また、もとのパタンを拡大あるいは縮小すると近似
的にｓ軸方向に平行移動することがわかる。そこで、こ
のパタンに対して再度フーリエ変換を行い、その振幅を
計算すると、すでに知られているように、それはもとの
パタンの回転あるいは拡大縮小に対しても不変なものに
なる。

【００１８】変換Ａ以降ここまでの処理を変換Ｂと呼ぶ
ことにする。変換Ｂで得られた振幅はマッチング部１５
に送られる。また、変換Ｂで得られたフーリエ変換の位
相は、やはり後の処理で使うためメモリに格納してお
く。

【００１９】マッチング部１５は、あらかじめ上に述べ
た変換を施しておいた標準パタンを格納しており、これ
らの標準パタンと変換部１４からおくられてくるパタン
とのテンプレートマッチングを行い、パタン判定を行
う。変換部１４での処理の結果、提示されたパタンが標
準パタンに対し位置がずれていたり、拡大縮小あるいは
回転していてもマッチング部は正しく認識することがで
きるが、一般的には展示パタンには対象としているパタ
ン以外にも背景ノイズが重畳しているので、これだけの
処理で精度のよい認識をすることは困難である。そこ
で、マッチング部１５は、上述のテンプレートマッチン
グにより得られる類似度が、あらかじめ設定しておいた
しきい値よりもよい場合には、それを判定結果として処
理を終了するが、そうでない場合には、類似度の高い標
準パタンを候補パタンとして逆変換部１６にフィードバ
ックする。

【００２０】逆変換部１６は、変換部１４での処理を逆
にたどり、フィードバック像を計算する。すなわち、ま
ずはじめにマッチング部１５からフィードバックされて
きた候補パタンの振幅と、変換部１４において変換Ｂで
計算された位相とから逆フーリエ変換を計算し、ｓ−θ
座標軸上のフィードバックパタンを計算する。さらに、
それに対して数１で表される座標変換の逆変換を施し、
パタンＰ′（Ｋｘ，Ｋｙ）を計算する。さらに、こうし
て得られたフィードバック振幅Ｐ′と変換部１４におけ
る変換Ａで計算された位相とから再び逆フーリエ変換を
行い、フィードバック像Ｉ′を求める。以上の逆変換処
理において、本来、正であるべき振幅や明暗度が負にな
ったりあるいは大きくなりすぎることを防ぐために、各
逆フーリエ変換処理のあとにしきい値処理をつけ加えて
もよい。

【００２１】イメージメモリ部１３は、逆変換部１６か
ら送られてきたフィードバック像Ｉ′にもとづいて、例
えば、次式によって入力像Ｉ₀を修正し、修正された像
Ｉを再び変換部１４へと送る。

【数２】Ｉ（ｘ，ｙ）＝（Ｉ₀（ｘ，ｙ）ａ＋（１−ａ））・（Ｉ′（ｘ，ｙ）ｂ＋（１−ｂ））ｘ，ｙは画素の位置を指定するパラメータである。

【００２２】この変換の後に、値が大きくなりすぎるこ
とを防ぐための適当なしきい値処理をつけ加えてもよ
い。数２において、ａおよびｂはそれぞれ入力像および
フィードバック像の重みを決めるパラメータであり、０
から１の間に設定する。いま、かりに入力像が標準パタ
ンの中のどれかを平行移動、拡大縮小、回転したもので
あり、背景ノイズはまったくないとする。この場合には
最初のマッチング処理で判定結果がでるので逆変換処理
は行われないが、かりに逆変換処理が行われたと仮定す
ると、この場合、逆変換部１６で行われる処理は、正確
に変換部１４での処理の逆変換になり、フィードバック
像は前処理を受けた入力像と正確に一致する。

【００２３】入力像にノイズが重畳している場合にも、
近似的にフィードバック像は入力像中からノイズ部分を
除いたものになる。従って、例えば、数２において、ａ
およびｂを１に設定すると、修正された像からはノイズ
が大幅に抑制されることになる。これは数２によって、
入力像ではゼロでない値を持つ画素であっても、その画
素がノイズ部分のものであればフィードバック信号Ｉ′
がゼロであるためゼロにされてしまうからである。ａお
よびｂを１に設定する場合には、数２の後に平方根をと
る処理を加える。この結果、入力像とフィードバック像
とが等しい場合には、修正された像もこれに等しくな
る。

【００２４】このようにして修正された像Ｉに対して再
び変換部１４の変換およびマッチング部１５のマッチン
グ処理が繰り返される。このループはマッチングによる
類似度があらかじめ定めておいたしきい値を越えるまで
くりかえされるが、あらかじめ定めておいた繰り返し回
数に達しても十分な類似度が得られない場合には、最初
の候補パタンは正しくなかったものとし、次順位のもの
へ候補パタンを変えて同様の操作を続ける。

【００２５】図２は、第２の発明の一実施例を示す構成
図である。図２に示す実施例は、イメージスキャナーも
しくはテレビカメラなどを利用する画像入力部２１と、
データをディジタル化したりエッジ強調などの必要な前
処理をする前処理部２２と、ディジタルデータを格納す
るイメージメモリ２３と、多段の階層的なフーリエ変換
を行い、位置ずれに対して不変なパタンに入力を変換す
る変換部Ａ２４と、拡張されたメラン変換を行って回
転、拡大縮小変化に対して不変なパタンに入力を変換す
る変換部Ｂ２５と、変換部Ｂ２５の出力と標準パタンと
のテンプレートマッチングを行ってパタン判定、候補パ
タンの決定を行うマッチング部２６と、マッチング部２
６で決まった候補パタンおよび変換部Ｂ２５のデータか
ら変換部Ｂ２５の逆変換を計算する逆変換部Ｂ２７と、
逆変換部Ｂ２７からのデータと変換部Ａ２４からのデー
タによりフィードバック像を計算する逆変換部Ａ２８と
を備えている。

【００２６】次に、第２の発明の実施例の動作について
説明する。第２の発明の実施例の動作は第１の発明の動
作とほぼ同様であるが、第１の発明の実施例における最
初のフーリエ変換の振幅計算処理を次のように多段に分
割された処理に置き換える点が異なっている。また、こ
れに対応して逆変換部も多段に分割されている。

【００２７】第１の発明の実施例と同様に、画像入力部
２１から入力された画像情報は、前処理部２２で必要な
前処理を受けてメモリに格納される。第２の発明の実施
例では、第１の発明の実施例での変換部における処理の
うち変換Ａの部分が多段に分割された階層的なフーリエ
変換に置き換えられている。すなわち、まず変換部Ａに
おいては前処理を受けた像を多数の小領域に分割し、各
小領域ごとに像のフーリエ変換とその振幅を計算する。
これらの値は後の処理で用いるため変換部Ａ内のメモリ
に保存しておく。この処理を数式で表すと以下のように
なる。

【００２８】今、入力画像の画素数をＮ×Ｎとする。ま
ず、この入力画像を、画素数ｎ₁×ｎ₁からなる、ｎ₂
×ｎ₂個の小領域に分割する。ここで、互いにオーバー
ラップがないように画像を分割する場合には、Ｎ＝ｎ₁
×ｎ₂であるが、互いにオーバーラップがあるように分
割してもかまわない。

【００２９】次に、これらの小領域に分割された各画像
に対して、次のように、そのフーリエ変換およびその振
幅を求める処理を施す。なお、以後、Ｘ^*はＸのベクト
ルを表し、ｘ^*はｘのベクトルを表し、ｋ^*はｋのベク
トルを表すものとする。

【００３０】ここで、各小領域を添え字Ｘ^*＝（Ｘ，
Ｙ）（Ｘ，Ｙ＝１〜ｎ₂）で表し、各小領域中での画素
の位置を添え字ｘ^*＝（ｘ，ｙ）（ｘ，ｙ＝１〜ｎ₁）
で表す。また、Ｘ^*で表される小領域中のｘ^*の位置に
ある画素の値をＩ（ｘ^*；Ｘ^*）で表す。

【００３１】

【数３】

【００３２】

【数４】

【００３３】Ｗは窓関数である。Ｗ＝１であれば数３
は、Ｉ（ｘ^*；Ｘ^*）の添え字ｘ^*に関する２次元の離
散値フーリエ変換を表す。小領域の境界での不連続を消
去するために、境界でゼロになるような窓関数、例え
ば、ガウシアンあるいはハミング窓をＷとして用いても
よい。

【００３４】数３の計算に関しては、高速フーリエ変換
のアルゴリズムを利用することが可能である。数４のＰ
１（ｋ^*１，Ｘ^*）がフーリエ変換の振幅である。計算
の都合によって振幅の代わりにその２乗であるパワーを
計算しても同じである。入力像の位置をずらしても位置
ずれの大きさが小領域の大きさ程度以下であれば、以上
の処理で得られるパタンＰ１（ｋ^*１，Ｘ^*）は、近似
的に不変である。ここで計算されたフーリエ変換の位相
は後の処理で使うためメモリに格納しておく。

【００３５】次に、変換部Ａ２４は、Ｐ１（ｋ^*１，Ｘ
^*）に対して再び位置変数Ｘ^*に関するフーリエ変換を
行い、その振幅を計算する。

【００３６】

【数５】

【００３７】

【数６】

【００３８】ここで得られるフーリエ変換の位相もやは
り後の処理で使うためメモリに格納しておく。ここまで
に述べた処理は２段階の処理であるが、必要に応じて３
段階以上の多段の処理にすることも可能である。変換部
Ａ２４は、さらに次のような変数変換を行う。

【００３９】

【数７】

【００４０】こうして得られるパタンＰ（ｋ^*）は、第
１の発明の実施例において計算されている像全体のフー
リエ変換の振幅と類似の性質を持ち、入力像を平行移動
しても不変である。

【００４１】次に、Ｐは変換部Ｂ２５へと送られ、第１
の発明の実施例における変換Ｂの処理がなされ、パタン
の回転あるいは拡大縮小に対しても不変なパタンへと変
換される。マッチング部２６の働きは第１の発明の実施
例と同様である。逆変換部は変換部を多段に分割したこ
とに対応してやはり多段に分割される。まず、逆変換部
２７は、第１の発明の実施例と同様に逆フーリエ変換、
逆座標変換を行い、パタンＰ′（ｋ^*）を計算する。次
に、逆変換部Ａ２８は、数７の変換の逆変換を行い、Ｐ
２′（ｋ^*１，ｋ^*２）を計算した上で、このＰ２′と
変換部Ａ２４で計算された位相とを用いて逆フーリエ変
換を行い、Ｐ１′（ｋ^*１，Ｘ^*）を計算する。さら
に、逆変換部Ａ２８は、このＰ１′と変換部Ａ２４での
最初のローカルなフーリエ変換で計算された位相とを用
いて逆変換を行い、フィードバック像Ｉ′を計算する。

【００４２】イメージメモリ部２６は、第１の発明の実
施例と同様にこのフィードバック像に基づいて入力像を
修正し、これを再び変換部Ａ２４へと送る。このループ
は、マッチングによる類似度があらかじめ定めておいた
しきい値を越えるまで繰り返され、また、あらかじめ定
めておいた繰り返し回数に達しても十分な類似度が得ら
れない場合には、次順位のものへ候補パタンを変えて同
様の操作を続ける点も第１の発明の実施例と同様であ
る。

【００４３】この実施例では、フィードバック像Ｉ′ま
での逆変換を行い、入力の修正処理を行っているが、逆
変換部Ａ２８におけるＰ１′（ｋ^*１，Ｘ^*）までの逆
変換までしか行わず、これを用いて、入力像から計算さ
れたＰ１（ｋ^*１，Ｘ^*）に修正処理を行い、マッチン
グ処理、修正処理のループを回すことも可能である。さ
らに、Ｐ１までのループを何回か回してＰ１′を安定さ
せてから、フィードバック像Ｉ′までのループを回すと
いう組合せ処理を行うバリエーションも可能である。

【００４４】第１の発明の実施例においては、最初に像
全体のフーリエ変換を行うため、背景ノイズが対象とす
るパタンと同じ空間周波数成分を持つような場合にはノ
イズ抑制が難しくなる場合もある。第２の発明の実施例
では、変換の中間表現として場所ごとの空間周波数の分
布であるＰ１（ｋ^*１，Ｘ^*）が計算されるため、たと
えノイズがパタンと同じ空間周波数成分を持っていたと
しても、それがパタンとは離れた位置にあれば抑制する
ことが可能になる。

【００４５】図３は、第３の発明の一実施例を示す構成
図である。図３に示す実施例は、イメージスキャナーも
しくはテレビカメラなどを利用する画像入力部３１と、
データをディジタル化してエッジ強調などの必要な前処
理をする前処理部３２と、入力像を複素対数変換を施し
た座標軸上でのパタンへと変換する変換部Ｃ３３と、変
換部Ｃ３３の出力パタンを格納するイメージメモリ３４
と、このパタンに対して多段の階層的なフーリエ変換を
行い、小さな位置ずれおよび回転、拡大縮小変化に対し
て近似的に不変なパタンに入力を変換する変換部Ｄ３５
と、変換部Ｄ３５の出力と標準パタンとのテンプレート
マッチングを行ってパタン判定、候補パタンの決定を行
うマッチング部３６と、マッチング部３６で決まった候
補パタンおよび変換部Ｄ３５のデータから変換部Ｄ３５
の逆変換を行う逆変換部Ｄ３７とを備えている。

【００４６】次に、第３の発明の実施例の動作について
説明する。第１の発明の実施例と同様に、画像入力部３
１から入力された画像情報は、前処理部３２で必要な前
処理を受ける。次に、変換部Ｃ３３は前処理部からの送
られてきたパタンＩ（ｘ，ｙ）に対して、ｗ＝Ｌｏｇ（ｚ＋ａ）ｘ＞０の場合ｗ＝Ｌｏｇ（ｚ−ａ）ｘ＜０の場合；ｚ＝ｘ＋ｉｙ，ｗ＝ｕ＋ｉｖ，ａ：正の定数，
ｉ＝√−１の複素対数変換で表される座標変換（ｘ，ｙ）→（ｕ，
ｖ）を行い、ｕ−ｖ軸上のパタンへと変更する。ここで
ａは原点で対数関数が発散することを防ぐための正の定
数である。対数変換のよく知られた性質により、この処
理によって得られるパタンは、もとの像を拡大縮小ある
いは回転すると近似的に平行移動する。変換部Ｃ３３で
処理を受けたパタンはイメージメモリ３４に送られ格納
される。

【００４７】次に、変換部Ｄ３５がこのパタンを多数の
小領域に分割し、まず、各小領域ごとに像のフーリエ変
換とその振幅を計算する。ここで、もとの像の位置をず
らすと、各小領域の中の像も移動するが、もしも各小領
域での位置ずれの大きさが小領域の大きさよりも小さけ
れば、このような処理により得られるパタンは近似的に
不変である。

【００４８】さらに、変換部Ｄ３５では、このようにし
て得られた、像中の多数の位置における、ローカルなフ
ーリエ変換の振幅を新たにパタンとみなして、再び位置
変数に関するフーリエ変換を行い、その振幅を計算す
る。この処理は複素対数変換を受けたパタンに対して行
われることを除けば、第２の発明の実施例における数３
〜数６の処理とまったく同様である。

【００４９】このような処理によって得られるパタンは
近似的に、複素対数変換を施した座標軸で表現された入
力像についてのフーリエ変換の振幅と同じ性質を持つの
で、この座標軸上でパタンを平行移動しても、すなわち
もとの入力像を拡大縮小、あるいは回転させても近似的
に不変である。従って以上の処理により、小さな位置ず
れおよび拡大縮小変換、回転に対してほぼ不変のパタン
が得られる。

【００５０】次に、マッチング部３６においては、第１
の発明と同様に、ここまでの処理と同様の処理をあらか
じめ施しておいた標準パタンとのテンプレートマッチン
グを行う。逆変換部Ｄ３７は、やはりマッチング部３６
で決定された候補パタンをもとにフィードバック像の計
算を行う。逆変換部Ｄ３７の処理は、第２の発明の実施
例における逆変換部Ａ２８においてＰ２′からフィード
バック像を計算する処理とまったく同じである。

【００５１】イメージメモリ部３４は、第１の発明の実
施例と同様にこのフィードバック像に基づいて入力像を
修正し、これを再び変換部Ｄ３５へと送る。このループ
は、マッチングによる類似度があらかじめ定めておいた
しきい値を越えるまでくりかえされ、また、あらかじめ
定めておいた繰り返し回数に達しても十分な類似度が得
られない場合には、次順位のものへ候補パタンを変えて
同様の操作を続ける点は第１の発明の実施例と同様であ
る。

【００５２】また、第２の発明の実施例のバリエーショ
ンで述べたように、多段のフーリエ変換すべての逆変換
を行わず、途中までの逆変換処理の結果を用いて修正処
理を行い、マッチング処理、修正処理のループを回すこ
とも可能である。さらに、これにフィードバック像まで
戻っての修正処理のループを組み合わせる処理が可能な
点も第２の発明の実施例と同様である。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、パタンの
拡大縮小、回転、位置ずれに対して強いパタン認識処理
を行うことができ、また、提示されるパタンに背景ノイ
ズが重畳している場合にも標準パタンとのマッチングが
大幅に改善され、精度の高いパタン認識処理を行うこと
ができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】第２の発明の一実施例を示す構成図である。

【図３】第３の発明の一実施例を示す構成図である。

【符号の説明】

１１，２１，３１画像入力部１２，２２，３２前処理部１３，２３，３４イメージメモリ１４変換部１５，２６，３６マッチング部１６逆変換部２４変換部Ａ２５変換部Ｂ２７逆変換部Ｂ２８逆変換部Ａ３３変換部Ｃ３５変換部Ｄ３７逆変換部Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力画像に対してフーリエ・メラン変換を
施し、像を位置ずれ、拡大縮小、回転操作に対して不変
なパタンに変換する第１の変換部と、第１の変換部より得られたパタンを標準パタンと比較し
て候補パタンを決めるマッチング部と、候補パタンに対して第１の変換部による変換の逆変換を
施してフィードバック像を計算する第１の逆変換部と、フィードバック像に基づいて入力像からパタンに無関係
の背景ノイズを除去するイメージメモリとを備え、ループ処理の繰り返しによりパタン判定を行うことを特
徴とする画像信号の処理装置。
【請求項２】入力画像を小領域に分割して多段の階層的
なフーリエ変換を施し、像のフーリエ変換の振幅を求め
る処理によって像を位置ずれに対して不変なパタンに変
換する第２の変換部と、第２の変換部より得られたパタンに対して拡張されたメ
ラン変換を施して拡大縮小、回転操作に対しても不変な
パタンに変換する第３の変換部と、第３の変換部より得られたパタンを標準パタンと比較し
て候補パタンを決めるマッチング部と、マッチング部で決まった候補パタンおよび第３の変換部
からのデータにより第３の変換部の逆変換を計算する第
２逆変換部と、第２の逆変換部からのデータと第２の変換部からのデー
タによりフィードバック像を計算する第３の逆変換部
と、フィードバック像に基づいて入力像からパタンに無関係
の背景ノイズを除去するイメージメモリとを備え、ループ処理の繰り返しによりパタン判定を行うことを特
徴とする画像信号の処理装置。
【請求項３】入力画像に複素対数変換で表される座標変
換を施す第４の変換部と、第４の変換部より得られたパタンを小領域に分割して多
段の階層的なフーリエ変換を施し、像のフーリエ変換の
振幅を求める処理によって像を小さい位置ずれ、拡大縮
小、回転操作に対して不変なパタンに変換する第５の変
換部と、第５の変換部より得られたパタンを標準パタンと比較し
て候補パタンを決めるマッチング部と、候補パタンに対して前記多段の階層的なフーリエ変換と
フーリエ変換の振幅計算の逆変換を施してフィードバッ
ク像を計算する第４の逆変換部と、フィードバック像に基づいて入力像からパタンに無関係
の背景ノイズを除去するイメージメモリとを備え、ループ処理の繰り返しによりパタン判定を行うことを特
徴とする画像信号の処理装置。